Kako bi ljudsko tijelo održalo normalan život, razvilo je mehanizme za eliminaciju otrovnih tvari. Među njima, amonijak je krajnji produkt metabolizma dušičnih spojeva, prvenstveno proteina. NH3 je otrovan za tijelo i, kao i svaki otrov, izlučuje se putem sustava za izlučivanje. Ali prije nego što amonijak prođe niz uzastopnih reakcija, koje se nazivaju ornitinski ciklus.
Vrste metabolizma dušika
Ne ispuštaju sve životinje amonijak u okoliš. Alternativne krajnje tvari metabolizma dušika su mokraćna kiselina i urea. Sukladno tome, nazivaju se tri vrste metabolizma dušika, ovisno o tvari koja se oslobađa.
Amoniotelni tip. Krajnji proizvod ovdje je amonijak. To je bezbojni plin topiv u vodi. Amoniotelija je karakteristična za sve ribe koje žive u slanoj vodi.
Ureotelični tip. Životinje koje karakterizira ureotelija oslobađaju ureu u okoliš. Primjeri suslatkovodne ribe, vodozemci i sisavci, uključujući ljude.
Urikotelični tip. To uključuje one predstavnike životinjskog svijeta, u kojima su konačni metabolit kristali mokraćne kiseline. Ova tvar kao produkt metabolizma dušika nalazi se u pticama i gmazovima.
U bilo kojem od ovih slučajeva, zadatak krajnjeg produkta metabolizma je uklanjanje nepotrebnog dušika iz tijela. Ako se to ne dogodi, opaža se oporezivanje stanica i inhibicija važnih reakcija.
Što je urea?
Urea je amid ugljične kiseline. Nastaje od amonijaka, ugljičnog dioksida, dušika i amino skupina određenih tvari tijekom reakcija ornitinskog ciklusa. Urea je produkt izlučivanja ureotelnih životinja, uključujući ljude.
Urea je jedan od načina za izlučivanje viška dušika iz tijela. Formiranje ove tvari ima zaštitnu funkciju, jer. prekursor uree - amonijak, otrovan za ljudske stanice.
Prilikom obrade 100 g proteina različite prirode, 20-25 g uree se izlučuje urinom. Tvar se sintetizira u jetri, a zatim s protokom krvi ulazi u nefron bubrega i izlučuje se zajedno s urinom.
Jetra je glavni organ za sintezu uree
U cijelom ljudskom tijelu ne postoji takva stanica u kojoj će biti prisutni apsolutno svi enzimi ornitinskog ciklusa. Osim hepatocita, naravno. Funkcija jetrenih stanica nije samo sintetizirati i uništiti hemoglobin, već i provoditi sve reakcije sinteze uree.
ispodOpis ornitinskog ciklusa odgovara činjenici da je to jedini način uklanjanja dušika iz tijela. Ako se u praksi inhibira sinteza ili djelovanje glavnih enzima, sinteza uree će se zaustaviti, a tijelo će umrijeti od viška amonijaka u krvi.
Ornitinski ciklus. Biokemija reakcija
Ciklus sinteze uree odvija se u nekoliko faza. Opća shema ornitinskog ciklusa prikazana je u nastavku (slika), pa ćemo svaku reakciju analizirati posebno. Prva dva stupnja odvijaju se izravno u mitohondrijima jetrenih stanica.
NH3 reagira s ugljičnim dioksidom koristeći dvije ATP molekule. Kao rezultat ove reakcije koja troši energiju, nastaje karbamoil fosfat koji sadrži makroergijsku vezu. Ovaj proces katalizira enzim karbamoil fosfat sintetaza.
Karbamoil fosfat reagira s ornitinom pomoću enzima ornitin karbamoil transferaze. Kao rezultat toga, visokoenergetska veza je uništena, a citrulin nastaje zahvaljujući njegovoj energiji.
Treći i sljedeći stadij ne odvija se u mitohondrijima, već u citoplazmi hepatocita.
Postoji reakcija između citrulina i aspartata. Utroškom 1 ATP molekule i pod djelovanjem enzima arginin-sukcinat sintaze nastaje arginin-sukcinat.
Arginino-sukcinat, zajedno s enzimom arginino-sukcin-liaza, razlaže se na arginin i fumarat.
Arginin se u prisutnosti vode i pod djelovanjem arginaze razgrađuje na ornitin (1 reakcija) i ureu (konačni produkt). Ciklus je završen.
Energija ciklusa sinteze uree
Ornitinski ciklus je proces koji zahtijeva energiju u kojem se troše makroergijske veze molekula adenozin trifosfata (ATP). Tijekom svih 5 reakcija nastaju ukupno 3 molekule ADP. Osim toga, energija se troši na transport tvari iz mitohondrija u citoplazmu i obrnuto. Odakle dolazi ATP?
Fumarat, koji je nastao u četvrtoj reakciji, može se koristiti kao supstrat u ciklusu trikarboksilne kiseline. Tijekom sinteze malata iz fumarata oslobađa se NADPH, što rezultira 3 molekule ATP-a.
Reakcija deaminacije glutamata također igra ulogu u opskrbi stanica jetre energijom. Istovremeno se oslobađaju i 3 molekule ATP-a koje se koriste za sintezu uree.
Regulacija aktivnosti ornitinskog ciklusa
Normalno, kaskada reakcija sinteze uree funkcionira na 60% svoje moguće vrijednosti. S povećanim sadržajem proteina u hrani, reakcije se ubrzavaju, što dovodi do povećanja ukupne učinkovitosti. Metabolički poremećaji ornitinskog ciklusa opažaju se tijekom velikog fizičkog napora i dugotrajnog gladovanja, kada tijelo počinje razgrađivati vlastite proteine.
Regulacija ornitinskog ciklusa također se može dogoditi na biokemijskoj razini. Ovdje je meta glavni enzim karbamoil fosfat sintetaza. Njegov alosterički aktivator je N-acetil-glutamat. S visokim sadržajem u tijelu, reakcije sinteze uree odvijaju se normalno. Uz nedostatak same tvari ili njezineprekursori, glutamat i acetil-CoA, ornitinski ciklus gubi svoje funkcionalno opterećenje.
Odnos između ciklusa sinteze uree i Krebsovog ciklusa
Reakcije oba procesa odvijaju se u mitohondrijskom matriksu. To omogućuje nekim organskim tvarima sudjelovanje u dva biokemijska procesa.
CO2 i adenozin trifosfat, koji nastaju u ciklusu limunske kiseline, prekursori su karbamoil fosfata. ATP je također najvažniji izvor energije.
Ornitinski ciklus, čije se reakcije odvijaju u hepatocitima jetre, izvor je fumarata, jednog od najvažnijih supstrata u Krebsovom ciklusu. Štoviše, ova tvar, kao rezultat nekoliko postupnih reakcija, stvara aspartat, koji se zauzvrat koristi u biosintezi ornitinskog ciklusa. Reakcija fumarata je izvor NADP-a, koji se može koristiti za fosforilaciju ADP-a u ATP.
Biološko značenje ornitinskog ciklusa
Velika većina dušika ulazi u tijelo kao dio proteina. U procesu metabolizma aminokiseline se uništavaju, amonijak nastaje kao krajnji produkt metaboličkih procesa. Ornitinski ciklus sastoji se od nekoliko uzastopnih reakcija, čija je glavna zadaća detoksikacija NH3 pretvaranjem u ureu. Urea, zauzvrat, ulazi u nefron bubrega i izlučuje se iz tijela s urinom.
Osim toga, nusproizvod ornitinskog ciklusa je izvor arginina, jedne od esencijalnih aminokiselina.
Prekršaji u sinteziurea može dovesti do bolesti kao što je hiperamonemija. Ovu patologiju karakterizira povećana koncentracija amonijevih iona NH4+ u ljudskoj krvi. Ti ioni negativno utječu na život tijela, isključujući ili usporavajući neke važne procese. Ignoriranje ove bolesti može dovesti do smrti.
